Autore/i DALLE MULLE, GIACOMO
Relatore MEREU, RICCARDO
Scuola / Dip. ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Data 27-lug-2017
Anno accademico 2016/2017
Titolo della tesi Computational fluid dynamics study of wood's metal injection in a subcooled water pool : flow characteristics and freezing analysis
Abstract in italiano Il presente lavoro di tesi è volto allo sviluppo di un modello CFD per possibili applicazioni in campo nucleare. Lo scopo è riuscire a modellare l’iniezione di un getto di metallo liquido in acqua e la conseguente solidificazione del metallo. Uno dei problemi principali di un’iniezione di metallo liquido in acqua è la rottura del getto, dovuta alle instabilità di Plateau-Rayleigh, Rayleigh-Taylor and Kelvin-Helmholtz. Queste instabilità producono effetti sulla fluidodinamica e sul comportamento termico del getto. In questo lavoro, le caratteristiche del getto sono state studiate usando la fluidodinamica computazionale. L’analisi è stata implementata utilizzando un codice commerciale ed è stato usato il metodo Volume-Of-Fluid per ricostruire l’interfaccia tra le due fasi. L’iniezione di metallo è stata riprodotta in un dominio 2-D. Inizialmente, il modello CFD è stato validato utilizzando sia dati di letteratura che sperimentali. La rottura del getto è stata valutata utilizzando come parametro chiave il rapporto lunghezza di rottura/diametro del getto. I risultati numerici mostrano una chiara coerenza con la letteratura e i dati sperimentali. Inoltre, i principali tipi di instabilità sono correttamente riprodotti dal modello CFD. Una volta validato, il modello numerico è stato poi utilizzato per lo studio di alcuni comportamenti fluidodinamici del getto. In una seconda fase si è andati ad investigare la solidificazione del metallo a seguito dello scambio termico con l’acqua della piscina. Per modellare il cambiamento di fase è stata utilizzata la tecnica enthalpy-viscosity. Una volta introdotto il modello di solidificazione, si sono ripetuti i confronti sulla forma del getto e sulla lunghezza di rottura per verificare che l’introduzione del modello non modificasse i risultati fluidodinamici. Successivamente, è stato studiato il campo termico del getto e si sono analizzate le dimensioni caratteristiche dei frammenti di metallo. Infine è stato svolto anche un primo confronto sulla forma e l’accumulo dei frammenti sul piatto metallico.
Abstract in inglese The present study aims at developing of a complete CFD model for possible applications in nuclear field. CFD model have to reproduce an injection of liquid metal in a water pool. The main problem in the injection of a liquid metal in water is the jet breakup, mainly due to Plateau-Rayleigh, Rayleigh-Taylor and Kelvin-Helmholtz instabilities. These instabilities have different effects on fluid dynamics and thermal behavior. In the present study the characteristics of liquid metal jet are numerically investigated via Computational Fluid Dynamics approach. CFD analysis is performed using a finite volume commercial code with Volume-of- Fluid method for the jet interface tracking, and the injection is reproduced using a 2-D domain. Firstly, the CFD model has been validated using available literature and experimental data. The jet breakup is evaluated through the Length of the jet/Diameter of the nozzle parameter, showing a good agreement between literature and experimental data. The main type of instabilities are correctly numerically reproduced by the CFD model. Once validated, the CFD model has been used to study different fluid dynamics characteristics of a metal jet. In the second part, for a better understanding of freezing pattern, the thermal effect are included and a solidification model is implemented in order to better reproduce the evolution of metal droplets in the pool. The enthalpy-viscosity tecnique has been used. Firstly, a comparison with jet breakup length and jet shape was developed in order to check that the introduction of solidification model was coherent with previous results. Also thermal field and typical dimensions of metal debris has been studied. Finally, accumulation and spreading over metal plate have been analysed.
Tipo di documento Tesi di laurea Magistrale
Appare nelle tipologie: Tesi di laurea Magistrale
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: http://hdl.handle.net/10589/134837